KR102585114B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 본 발명은, 랙하우징과 기어박스 하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바, 내주면에 외주스크류홈과 대응되는 내주스크류홈이 형성되어 볼을 매개로 랙바와 결합되는 소경부와 소경부의 양측 끝단에 단턱지며 내경이 확대되어 형성되는 대경부가 구비되며, 대경부의 내주면에서 소경부의 내주스크류홈까지 연통되는 그리스 이동로가 형성되어 있는 볼너트를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트와 랙바의 맞물림부위에 지속적으로 그리스가 공급됨으로써 그리스 부족으로 인한 소음과 내구성 저하를 방지할 수 있으며, 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 볼너트와 베어링 등의 부품을 고정하는 록스크류 또는 록너트가 풀리는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.
벨트식 전동장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(340)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 볼너트가 회전하면서 볼너트와 랙바의 맞물림부위에 도포되어 있던 그리스가 원심력에 의해 다른부위로 몰리게 되어 그리스 부족으로 인한 소음과 내구성 저하가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 그리스 부족으로 인해 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 너트풀리, 베어링, 랙하우징 등을 통해 소음과 진동뿐만 아니라 조향휠의 걸림감이 발생되는 문제점이 있었고, 이러한 소음과 진동이 다른 부품들에 전달되어 체결된 부품들을 풀리게 하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 볼너트와 랙바의 맞물림부위에 지속적으로 그리스가 공급됨으로써 그리스 부족으로 인한 소음과 내구성 저하를 방지하고, 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 볼너트와 베어링 등의 부품을 고정하는 록스크류 또는 록너트가 풀리는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 랙하우징과 기어박스 하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바, 내주면에 외주스크류홈과 대응되는 내주스크류홈이 형성되어 볼을 매개로 랙바와 결합되는 소경부와 소경부의 양측 끝단에 단턱지며 내경이 확대되어 형성되는 대경부가 구비되며, 대경부의 내주면에서 소경부의 내주스크류홈까지 연통되는 그리스 이동로가 형성되어 있는 볼너트를 포함하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트와 랙바의 맞물림부위에 지속적으로 그리스가 공급됨으로써 그리스 부족으로 인한 소음과 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 볼너트와 베어링 등의 부품을 고정하는 록스크류 또는 록너트가 풀리는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도,
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 사시도,
도 6과 도 7은 도 4의 A부위를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 사시도, 도 6과 도 7은 도 4의 A부위를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 랙하우징(301b)과 기어박스 하우징(301a)의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈(303a)이 형성되어 있는 랙바(303), 내주면에 외주스크류홈(303a)과 대응되는 내주스크류홈(325)이 형성되어 볼(미도시)을 매개로 랙바(303)와 결합되는 소경부(320b)와 소경부(320b)의 양측 끝단에 단턱지며 내경이 확대되어 형성되는 대경부(320a)가 구비되며, 대경부(320a)의 내주면에서 소경부(320b)의 내주스크류홈(325)까지 연통되는 그리스 이동로(331, 333, 335)가 형성되어 있는 볼너트(320)를 포함한다.
본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(도 2의 165 참조)와, 모터의 축(도 2의 165a)에 결합된 모터풀리(도 2의 205a), 벨트(210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(303)를 감싸는 랙하우징(301b)의 내부에 랙바(303)를 지지하는 볼너트(320)와, 볼너트(320)의 외주면에 결합되는 너트풀리(307) 등으로 이루어진다.
모터와 연결된 모터풀리와, 랙바(303)와 연결된 너트풀리(307)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리와 너트풀리(307)에는 벨트(210)가 끼워져 모터의 회전력을 볼너트(320)를 통해 랙바(303)에 전달하고, 볼너트(320)의 동작에 의하여 랙바(303)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(320)는 볼(미도시)을 매개로 랙바(303)와 결합되어 회전하면서 랙바(303)를 랙하우징(301b)과 기어박스 하우징(301a)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(320)의 외주면 일측에는 볼너트(320)를 회전시키는 너트풀리(307)가 결합되고, 볼너트(320)의 외주면 타측에는 회전을 지지하는 베어링(305)이 장착된다.
볼너트(320)의 내주면과 랙바(303)의 외주면에는 랙바(303)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(303)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(303a)과, 이에 삽입되는 볼 및, 외주스크류홈(303a)과 대응되게 볼너트(320)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(325)으로 이루어진다.
볼너트(320)는 내주면에 내주스크류홈(325)이 형성된 중공관으로서, 볼너트(320)의 외주면에 결합된 베어링(305)의 외륜 끝단에는 록스크류(327)가 랙하우징(301b)의 내주면에 나사결합되어 베어링(305)을 지지하며 고정된다.
또한, 볼너트(320)의 일측에는 볼순환로(321)가 형성되어 엔드캡(329)이 결합되며 엔드캡(329)의 외측에는 링형상의 엔드캡커버(313)가 결합되어 있다.
너트풀리(307)는 볼너트(320)의 외주면과의 사이에 경방향으로 탄성력을 발생시키는 톨러런스 링이 결합되어 있어서 볼너트(320)로부터 이탈이 방지되게 되어 있다.
그리고, 베어링(305)의 외륜 일측에는 록스크류(327)가 랙하우징(301b)의 내주면에 나사결합되어 베어링(305)을 지지하고, 베어링(305)의 내륜 타측에는 록너트(309)가 볼너트(320)의 외주면에 나사결합되어 베어링(305)을 지지하게 되어 있다.
베어링(305)은 볼너트(320)의 외주면에 슬라이딩 조립되며 볼너트(320)의 대략 중간부위에 직경이 확대 형성되어 있는 안착부(323)에 베어링(305)의 내륜 일측이 지지되며 고정된다.
볼너트(320)의 내주면에는 랙바(303)의 외주스크류홈(303a)과 대응되는 내주스크류홈(325)이 형성되어 있는 소경부(320b)와 소경부(320b)의 양측 끝단에 단턱지며 내경이 확대되어 형성되는 대경부(320a)가 구비되어 있다.
그리고, 대경부(320a)의 내주면에서 소경부(320b)의 내주스크류홈(325)까지 연통되는 그리스 이동로가 형성되어 있어서, 볼너트(320)의 회전시 원심력에 의해 볼너트(320)의 외부로 밀려나간 그리스가 그리스 이동로를 통해 순환할 수 있게 되어 있다.
그리스 이동로는 대경부(320a)의 내주면에 형성되는 제1이동로(333)와, 내주스크류홈(325)에 형성되는 제2이동로(331), 볼너트(320)의 내주면과 외주면 사이를 관통하면서 제1이동로(333)와 제2이동로(331)를 연결하는 연결로(335)가 구비된다.
따라서, 대경부(320a)에 모여있는 그리스가 볼너트(320)의 회전으로 인한 원심력으로 대경부(320a)의 내주면에 수직으로 형성되어 있는 제1이동로(333)를 통해 연결로(335)로 이동되기 용이하게 되어 있고, 연결로(335)를 통해 제2이동로(331)로 이동되는 그리스는 제1이동로(333)에서 원심력에 의해 공급되는 그리스의 유동압에 의해 제2이동로(331)를 통해 용이하게 공급되게 된다.
그리고, 제1이동로(333)와 연결로(335)의 연결부위에는 볼너트(320)의 회전시 대경부(320a)에 몰려 있는 그리스가 원심력에 의해 연결로(335)쪽으로 압송되도록 경사지면서 구부러진 경사로(332)가 구비되어 있다.
또한, 제2이동로(331)와 연결로(335)의 연결부위도 곡선으로 형성되어 있어서 대경부(320a)에 몰려 있는 그리스가 원심력에 의해 제1이동로(333)와 경사로(332)를 통해 연결로(335)로 압송되어, 제2이동로(331)를 통해 소경부(320b)로 배출될 때 걸림감없이 매끄럽게 배출될 수 있게 되어 있다.
여기서, 제1이동로(333)는 소경부(320b)의 양측에 있는 대경부(320a) 각각에 형성되고 제2이동로(331)는 소경부(320b)의 축방향으로 중심부에 형성되며, 연결로(335)의 일측단은 제2이동로(331)와 연통되고 연결로(335)의 타측단은 축방향 양측으로 분기되며 형성되어 제1이동로(333) 각각과 연결되게 형성될 수 있다.
따라서, 대경부(320a)의 양측으로부터 그리스가 소경부(320b)의 중심부에 집중적으로 이동되어 그리스의 공급량이 모자라지 않게 순환될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 제2이동로(331)는 소경부(320b)의 중심부에서 축방향으로 이격되며 한쌍이 형성되고 제1이동로(333)는 소경부(320b)의 양측에 있는 대경부(320a) 각각에 한쌍이 형성되어, 제1이동로(333) 각각이 제2이동로(331) 각각과 별개의 연결로(335)로 연결되게 형성될 수도 있다.
이렇게 별개의 연결로(335)로 제1이동로(333)와 제2이동로(331) 각각이 연결되는 경우, 불순물이나 수분 등으로 인해 어느 한쪽의 연결로(335)가 막히거나 그리스 흐름이 정체되는 경우에도 다른 한쪽의 연결로(335)를 통해 그리스가 소경부(320b)로 순환됨으로써 그리스의 순환이 계속 유지되어 안정적인 그리스 윤활을 도모할 수 있게 된다.
또한, 제1이동로(333)의 축방향의 외측에 위치하는 끝단에는 요홈으로 형성되는 그리스 충진홈(337)이 형성될 수 있는데, 이렇게 충진홈(337)이 구비됨으로써, 대경부(320a) 내주면 전반에 걸쳐 쌓여진 그리스가 원심력에 의해 원주방향으로 이동하다가 충진홈(337)으로 모일 수 있게 되어 제1이동로(333)를 통해 순환되는 그리스의 양을 충분히 공급할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 볼너트와 랙바의 맞물림부위에 지속적으로 그리스가 공급됨으로써 그리스 부족으로 인한 소음과 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 볼너트와 랙바의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 발생되는 래틀 노이즈와 조향휠의 걸림감을 없앨 수 있으며, 볼너트와 베어링 등의 부품을 고정하는 록스크류 또는 록너트가 풀리는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
301a: 기어박스 하우징 301b: 랙하우징
303: 랙바 303a: 외주스크류홈
307: 너트풀리 320: 볼너트
331: 제2이동로 332: 경사로
333: 제1이동로 335: 연결로
337: 그리스 충진홈

Claims (7)

  1. 랙하우징과 기어박스 하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바;
    내주면에 상기 외주스크류홈과 대응되는 내주스크류홈이 형성되어 볼을 매개로 상기 랙바와 결합되는 소경부와 상기 소경부의 양측 끝단에 단턱지며 내경이 확대되어 형성되는 대경부가 구비되며, 상기 대경부의 내주면에서 상기 소경부의 내주스크류홈까지 연통되는 그리스 이동로가 형성되어 있는 볼너트;
    를 포함하며,
    상기 그리스 이동로는 상기 대경부의 내주면에 형성되는 제1이동로와, 상기 내주스크류홈에 형성되는 제2이동로와, 상기 볼너트의 내주면과 외주면 사이를 관통하며 상기 제1이동로와 제2이동로를 연결하는 연결로가 구비되고,
    상기 제1이동로는 상기 소경부의 양측에 있는 상기 대경부 각각에 형성되고 상기 제2이동로는 상기 소경부의 축방향으로 중심부에 형성되며 상기 연결로의 일측단이 상기 제2이동로와 연통되고 상기 연결로의 타측단이 축방향 양측으로 분기되며 형성되어 상기 제1이동로 각각과 연결되는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1이동로와 연결로의 연결부위에는 상기 볼너트의 회전시 그리스가 원심력에 의해 상기 연결로로 압송되도록 경사진 경사로가 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2이동로와 연결로의 연결부위는 상기 볼너트의 회전시 상기 연결로로 이송된 그리스가 상기 제2이동로로 매끄럽게 배출되도록 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 삭제
  6. 랙하우징과 기어박스 하우징의 내측에서 축방향으로 슬라이딩되며 외주면에 외주스크류홈이 형성되어 있는 랙바;
    내주면에 상기 외주스크류홈과 대응되는 내주스크류홈이 형성되어 볼을 매개로 상기 랙바와 결합되는 소경부와 상기 소경부의 양측 끝단에 단턱지며 내경이 확대되어 형성되는 대경부가 구비되며, 상기 대경부의 내주면에서 상기 소경부의 내주스크류홈까지 연통되는 그리스 이동로가 형성되어 있는 볼너트;
    를 포함하며,
    상기 그리스 이동로는 상기 대경부의 내주면에 형성되는 제1이동로와, 상기 내주스크류홈에 형성되는 제2이동로와, 상기 볼너트의 내주면과 외주면 사이를 관통하며 상기 제1이동로와 제2이동로를 연결하는 연결로가 구비되고,
    상기 제2이동로는 상기 소경부의 중심부에서 축방향으로 이격되며 한쌍이 형성되고 상기 제1이동로는 상기 소경부의 양측에 있는 상기 대경부 각각에 한쌍이 형성되어 상기 제1이동로 각각이 상기 제2이동로 각각과 상기 연결로로 연결되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  7. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1이동로의 축방향의 외측에 위치하는 끝단에는 요홈으로 형성되는 그리스 충진홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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